Стабилизация уровня в резервуарах

Работа канализационных и им подобных насосных установок с циклическим регулированием работы насосных агрегатов и переменным уровнем жидкости в приемных резервуарах связана с потерями электроэнергии (см. § 8). Отсюда возникает необходимость стабилизации уровня жидкости на высоких отметках.

В современных отечественных и зарубежных системах регулирование режимов работы насосных установок осуществляется посредством автоматизированного регулируемого электропривода. В таких системах регулируемым параметром является уровень жидкости в резервуаре, значение которого выбирается исходя из следующих соображений. С энергетической точки зрения уровень следует поддерживать на самой высокой отметке, так как это уменьшает статическую высоту подъема жидкости. Однако для того чтобы жидкость не выливалась из резервуара, уровень должен быть ниже отметки пола помещения резервуаров или отметки низа переливной трубы на 30–50 см. Это расстояние позволяет своевременно включить резервный насосный агрегат при выходе из строя системы регулирования. Одновременно должны быть приняты меры, исключающие опорожнение резервуара до такой степени, чтобы не возник режим кавитации насоса. Обычно заданный уровень поддерживается с точностью ± 50 мм. Современное развитие техники позволяет поддерживать заданный уровень и с большей точностью — до ± 10 мм. Однако такая высокая точность влечет за собой непрерывное изменение частоты вращения электродвигателя насосного агрегата и вследствие этого способствует возникновению знакопеременных нагрузок на отдельные элементы насосного агрегата (эластичные муфты, соединяющие насос с двигателем и др.), ведущих к преждевременному их износу. Поэтому в ряде случаев приходится устанавливать повышенную зону нечувствительности системы регулирования, что понижает точность стабилизации уровня (до ± 100мм).

Процесс стабилизации уровня в приемном резервуаре рассмотрим на примере системы, изображенной на рис. 73. Согласно [47] насосная станция, работающая совместно с резервуаром, как объект автоматического регулирования не обладает свойством самовыравнивания.

Статическая ошибка регулирования уровня при использовании регулятора, реализующего пропорциональный закон регулирования, достигает 1,5 м. При использовании интегрирующего регулятора возникают незатухающие колебания уровня до 1 м, что соизмеримо с геометрическими размерами резервуара. В [47] показано, что качество регулирования может быть существенно улучшено за счет применения регулятора, реализующего пропорционально интегральный закон регулирования, т.е. ПИ–регулятора. Разработанная во ВНИИВОДГЕО схема стабилизации уровня [26, 47] содержит: уровнемер с аналоговым электрическим сигналом, пропорциональным уровню, ПИ–регулятор, насосный агрегат с регулируемым приводом (рис. 73). Система реализована на нескольких канализационных станциях г. Москвы. В качестве уровнемера использованы в одних случаях ультразвуковые акустические приборы ЭХО–3, в других — система измерения уровня в резервуаре 1 с использованием воздушного колокола 2, дифференциального манометра 4 и эжектора 3 (рис. 74). Воздушный колокол представляет собой отрезок трубы, заваренный сверху, с прорезями для поступления жидкости в его полость. В верхней части трубы вварены два штуцера, к которым подведены две импульсные трубки. По одной из них подается водо-воздушная смесь от эжектора. Вода к эжектору подается из системы водоснабжения насосной станции под давлением 0,1–0,2 МПа. Воздух, подаваемый эжектором, обеспечивает компенсацию растворяющегося в сточной воде кислорода, препятствует засорению импульсных трубок и внутренней полости колокола. По второй импульсной трубке через воздушную подушку передается давление столба жидкости в одну из камер дифференциального манометра. Вторая камера дифференциального манометра сообщается с атмосферой. Это давление пропорционально уровню жидкости в резервуаре.

В качестве преобразователя давления в электрический сигнал используется дифференциальный манометр любого типа (например, ДМЭУ) с выходом 0–5 мА, прямо пропорциональным перепаду давления. Опыт эксплуатации показал,что в условиях канализационных насосных станций, перекачивающих загрязненные воды, эта система измерения уровня более надежна, чем акустический прибор ЭХО–3.

В качестве ПИ–регуляторов могут быть использованы блоки регулирующие аналоговые с непрерывным выходным сигналом 0–5 мА, осуществляющие алгебраическое суммирование и масштабирование унифицированных сигналов постоянного тока, например Р–17 системы "Каскад 2" или РБА–П системы АКЭСР (см. приложение 9).

В качестве регулируемого электропривода в системе предусматривается использование одного из типов электропривода, описанных в гд. 5, в том числе: индукторных муфт скольжения (ИМС) с питанием возбуждения от тиристорных блоков БУ–3509 и им подобных; частотных преобразователей серии ПЧТ, ПЧР–2, SAMI (фирма Stromberg) и других типов; электроприводов по схеме АВК на базе преобразователей ТДП–2 и станций управления ШДУ; электроприводов на базе вентильных электродвигателей с преобразователями ПЧВН, ПЧВС и др.

Процесс регулирования в системе водоотведения следующий (рис. 75). В некоторый момент времени t ₁ насос работает с частотой вращения n ₁; и обеспечивает подачу Q ₁, напор H ₁. Этому режиму соответствует уровень жидкости в резервуаре h ₁ и приток q ₁. Предположим, что этот уровень соответствует заданному, т.е. в этот момент времени Q ₁ = q ₁, а h ₁ = h _зад. Предположим, что в следующий момент времени t ₂ приток изменится в сторону уменьшения и станет равным q ₂. Вследствие несоответствия притока и откачки q ₂ >Q ₁ уровень воды в резервуаре снизится на некоторое значение D h. Следовательно, возрастает статическая составляющая напора и характеристика трубопровода займет положение II. При этом подача насоса тоже несколько уменьшится до точки 1'. Однако это не компенсирует уменьшение притока. Подача насоса за счет криволинейности характеристик насоса и трубопроводов снижается в гораздо меньшей степени, чем уменьшится приток. При этом произойдет рассогласование задающего сигнала системы регулирования и сигнала, поступающего от преобразователя уровня. В результате этого регулятор выдает обработанный по ПИ–закону импульс в систему управления регулируемого электропривода, снижающий частоту вращения электродвигателя насосного агрегата. В результате характеристика насоса переместится в положение Б, соответствующее частоте вращения п ₂, новому значению притока q ₂ и заданному уровню сточной жидкости в резервуаре (точка 2). В случае дальнейшего уменьшения притока на то же значение характеристика трубопровода опять займет положение II, рабочая точка насоса переместится в точку 2'. Система регулирования сработает аналогичным образом и характеристика насоса переместится в положение В, а рабочая точка — в положение 3. Ввиду высокой чувствительности системы регулирования ее реагирование происходит при малых отклонениях уровня от заданного значения и вследствие этого криволинейные треугольники 1, 1', 2 к 2, 2', 3 имеют малые размеры. Поэтому рабочая точка практически плавно перемещается по характеристике водовода. При увеличении притока система регулирования действует аналогично, но в противоположном направлении.

В результате процесс регулирования поддерживает заданный уровень жидкости в приемном резервуаре, обеспечивая равенство подачи насоса и притока Q = q и стабильность заданного уровня. Таким образом, обеспечивается работа насосной установки в экономичном режиме, без превышения статических напоров. Опыт применения систем стабилизации в канализационных насосных установках показал их работоспособность и эффективность [3,26].

Стабилизация уровня жидкости в напорных резервуарахнесколько отличается от стабилизации уровня в приемных резервуарах. Разница заключается в том, что при уменьшении водоразбора уровень в резервуарах не снижается, а поднимается, но и в этом случае статическая составляющая напора увеличивается, а частота вращения электродвигателя насоса в результате действия системы регулирования уменьшается. При увеличении водопотребления, наоборот, уровень жидкости в резервуаре падает, статическая составляющая напора уменьшается, а частота вращения увеличивается. Основная цель системы стабилизации уровня жидкости в напорном резервуаре заключается в поддержании уровня на заданной минимальной отметке.

В системах стабилизации уровня, так же как и в системах стабилизации напоров в сети (см. § 17), необходимо предусматривать включение дополнительных нерегулируемых насосов при существенных увеличениях притока или недопотребления и отключение их при уменьшении.

Регулируемым приводом должны оснащаться наиболее крупные насосные агрегаты с наиболее пологой характеристикой. В случае использования однотипных насосов во избежании образования мертвых зон рабочие колеса нерегулируемых насосов должны иметь диаметры, меньшие регулируемых. При равенстве диаметров и работе регулируемого насоса в режиме максимальных подач с повышенной частотой вращения (в случае применения частотного электропривода) он должен быть укомплектован двигателем повышенной мощности в соответствии с рекомендациями (см. § 15).

В САУ насосной установки, откачивающей жидкость из резервуара, следует предусматривать блокировку, исключающую работу насоса при недопустимо низких уровнях жидкости в резервуаре, что может иметь место при минимальных притоках сточных вод.

Дата добавления: 2015-07-20